La question prédominante de nos recherches est :

Que se passe-t-il concrètement  lorsque l’on réalise une photographie ?

Etymologiquement, le mot vient du grec « photo » et « graphê », il signifie « inscription par la lumière ». Nous nous proposons d’étudier la manière dont s’élabore une inscription à l’aide de la lumière.

Les appareils récents sont très automatisés et ne laissent par voir grand-chose de la fabrication d’une image photographique.

Nous avons alors pensé à reprendre les expériences réalisées par les pionniers de la photographie afin de revenir à des procédés simples.

Nous avons pour cela pris exemple sur trois modèles :

1. La photographie par contact de l’anglais Fox Talbot.
2. La chambre noire mise au point par l’Abbé Nollet avant la découverte de la photographie.                                        
3. Les procédés de Niepce : usage chambre obscure avec objectif optique. 
4. Etude du support photographique d'après les recherches de Nièpce et parallèle avec la réalisation du procédé utilisé par Niepce lors de sa 1^ère expérience aboutie.

Pour nos expériences de photographie noir et blanc nous avons du aménager un laboratoire photo. Nous allons vous détailler son installation :

Le laboratoire photo doit être aménagé dans une pièce close strictement étanche à la lumière extérieure.

Nous avons ici utilisé une ancienne cave à vin

La manipulation des papiers photosensibles à l'obscurité demande l'installation d'une lampe inactinique, qui ne voile pas le papier photosensible. Il faut ensuite installer les cuvettes de développement dans l'ordre de leur utilisation : révélateur, bain d'arrêt, fixateur. Les cuvettes prévues à cet effet sont vendues avec des pincettes en caoutchouc qui permettent une manipulation des photos sans les abîmer. L'utilisation de certains produits peut nécessiter des lunettes et des gants de protection. Il est aussi préférable que la pièce ne soit pas trop humide et munie d'une aération.

 Nous avons pour nos différentes expériences utilisé du papier photo ilford noir et blanc.

  Le fixateur et le révélateur sont des solutions souvent de 1 litre que l'on achète dans des boutiques spécialisées. Le bain d'arrêt est souvent vendu en bouteille de 0.5 litre.                                                  Le révélateur est composé de : 2 grammes de métol, 2 grammes d'hydroquinone, 25 grammes de sulfites de sodium, 33 grammes de carbonate de sodium anhydre et 0,65 grammes de bromure de potassium .

Le fixateur est composé de :250 grammes d' hyposulfite de soude anhydre et 25 grammes de métabisulfite de potassium.                                                                                                                  

Le bain d'arrêt est composé de : composé de 2 % d' acide acétique pour 1 litre d'eau.

Préparation des bains de développement :

- Pour le premier bassin de révélateur : verser du révelateur + 9 fois la quantité de révélateur utilisé en eau    ( ici nous avons pris 1800 mL d'eau pour 200 mL de révélateur).

- Pour le second bassin, le bain d'arrêt : verser le bain d'arrêt + 9 fois la quantité de bain d'arrêt utilisé en eau ( ici 200 mL de bain d'arrêt et 1800 mL ). Le bain d'arrêt peut également être remplacé par un peu de vinaigre dans une cuvette remplie d'eau.

- Pour le troisième bain de fixateur : verser le fixateur + 4 fois la quantité de fixateur utilisé en eau  ( ici nous avons pris 800 mL d'eau pour 200 mL de révélateur).

  William Henry Fox Talbot (1800-1877) est un scientifique britannique du XVIIIème siècle, pionnier de la photographie argentique. Il menait des recherches en parallèle de Daguerre, et commença à s’intéresser aux chambres noires vers 1833. Il voulut alors réaliser une image permanente de ce que l'on pouvait voir dans la camera Obscura. Il réussit quelques années plus tard à obtenir des images par l'action de la lumière sur du papier traité dans des bains de chlorure de sodium et de nitrate d'argent.

Fox Talbot expérimentait ce que l’on appelait la photographie par contact : il plaçait divers objets sur du papier sensible et les exposait rapidement au soleil. Il montra ainsi aux gens la précision et la netteté que pouvaient atteindre ces impressions en noir et blanc. Il fit notamment des expériences de photographie par contact avec de la dentelle :

 Il utilisa également de nombreuses plantes pour ses expériences.

 Nous avons voulu refaire ces expériences car elles permettaient de comprendre facilement le fonctionnement de l’impression sur papier sensible (inversion noir/blanc, manière de procéder..)

-Nous avons pour  cela simplement prélevé trois types de feuilles : thuya, lierre, fougère.                                                                                                                                               

-Nous avons plongé la pièce dans le noir.                                                                                            -Après avoir posé les feuilles sur plusieurs papiers sensibles nous avons éclairé la pièce à la lumière artificielle pendant 1 seconde.

 En développant ensuite le papier en chambre noire, nous avons obtenu un résultat proche de celui de Fox Talbot :

Photographie par contact, de haut en bas: feuilles de lierre, thuya et fougère :

  Pour cette expérience, nous avons utilisé du papier sensible noir et blanc basique. Le papier contient une émulsion à l'halogénure d'argent sur une de ses surfaces, ce qui le rend photosensible. L’halogénure d’argent utilisé pour la photographie est du bromure d’argent (AgBr). Lorsque la lumière arrive sur le papier sous la forme de photons, ces derniers réagissent avec le bromure d’argent. On assiste alors à une réaction d’oxydoréduction. Le photon éjecte un électron d'un ion bromure qui devient un atome de brome :

Br^-+ hf (énergie lumineuse) Br + e^- 

Le contact du bromure d’argent avec la lumière donnera également une réaction   d’oxydoréduction avec les ions argent.                                                                                                                                      e^- + Ag⁺ Ag   

 On obtient alors suite à ces réactions des atomes d’argent et de brome.

Une fois la pellicule impressionnée, plus les zones auront été exposées à la lumière plus elles seront denses en atomes d’argent (Ag) sous la forme ici de grains d’argent et moins elles le seront en ions Argent (Ag⁺). Pour l’instant, l’image n’est pas perceptible. Il faut amplifier la quantité de grains d’argent pour que le contraste apparaisse clairement entre les zones éclairées et les zones non-éclairées.

On utilise pour cela le révélateur photo. Le révélateur contient de l’hydroquinone (QH₂). Cette espèce chimique va réagir avec les ions argents (Ag⁺) formés sur les parties du papier photographique exposées à la lumière. Il se forme alors des« grains » d’argent métallique (Ag) responsables du noircissement de l’image. Voici donc la réaction :

 Les deux couples sont:

  Ag⁺/ Ag et Q / QH₂

Réaction entre les ions argents Ag⁺  et l’hydroquinone QH₂. Dont voici la demi-réaction électronique:

  (Ag⁺ + é = Ag )  x2

   QH₂ = Q + 2 H⁺+ 2é (en milieu acide/neutre)

D’où en milieu basiqueQH₂ + 2HO^- = Q + 2H₂O + 2é (ajout de deux ions hydroxyde 2HO^- )

Equation de la réaction :

  2 Ag⁺ + QH₂  + 2 HO^-   2Ag⁺ + Q + 2H₂O                                                                              

En ajoutant le brome qui ne réagit pas dans cette réaction, cela nous donne:

  2 Ag + 2Br + Q + 2H₂O  2 AgBr + Q + 2H₂O

 De plus il y a encore des ions Ag⁺ qui n’ont pas réagi avec la lumière. C’est pourquoi pour fixer définitivement l’image obtenue ultérieurement, on utilise un fixateur : c’est le thiosulfate de sodium de formule S₂O₃^2- +2Na⁺.  La réaction entre les ions Ag⁺  et les ions S₂O₃^2- va former des ions complexes.

  Ag⁺ + 2S₂O₃^2-     Ag(S₂O₃)₂^3-

Les ions 2Na⁺ ne sont pas présents dans la réaction car ils sont spectateurs.

Ainsi les ions Ag⁺ sont « bloqués » dans les ions complexes, ce qui empêche toute réaction avec la lumière.

  C’est  pourquoi les parties sombres et les moins exposées à la lumière apparaissent en blanc, alors que les parties claires et les plus exposées à la lumière apparaissent en noir au développement : on appelle cette image un négatif.

Ainsi sur ces images la feuille en contact avec le papier apparait blanc. En effet elle a empêché la lumière d’arriver jusqu’au papier sensible.

Fox Talbot nous montre qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un appareil qui va dévier les rayons lumineux pour réaliser une photographie (impression par la lumière) .

Cette expérience nous à permis de comprendre comment se formait l'image sur le papier photosensible en photographie.

L'Abbé Nollet (1700-1770) est un physicien français ayant émis des thèses sur l'optique et le trajet de la lumière. On peut retrouver ses écrits sur le trajet de la lumière au sein d'une chambre noire. Nous nous sommes appuyés sur les XVe, XVIe et XVIIe leçons tirées du tome 5 de son recueil de leçons intitulé Leçons de physique expérimentale. Dans cet ouvrage, il étudie la propagation de la lumière : il sait qu'elle se propage en ligne droite (rayons). Il dit : "quand quelque endroit qu'on représente un plan vis à vis d'un point radieux, ce plan deviendra comme la base d'une pyramide de lumière". Il émet l'hypothèse que :"Si au lieu d'un plan qui arrête la lumière, on fait un trou dans un carton ou une planche mince, les pyramides lumineuses qui viennent des différents points logés s'y croisent passant de droite à gauche, de bas en haut,...". On retrouve ici l'idée du passage des rayons lumineux d'un objet par le trou d'une chambre noire et de l'inversion de l'image gauche/droite, haut/bas sur le fond de la chambre noire. 

Planches tirées du tome 5 des Leçons de physique expérimentales dessinées par l'Abbé Nollet lui même.

Pour lui, l'oeil humain fonctionne de la même manière que la chambre noire : mais la manière dont les "rayons extérieurs portent leur action jusqu'au dedans " tient de principes encore inconnus. Aussi, il limite l'analogie à considérer que la prunelle de l'oeil fonctionne comme une ouverture circulaire qui donne passage aux rayons venant de l'objet lumineux ou illuminé.

Nous avons donc, selon les études de l'Abbé Nollet, mis au point des expériences pour tenter de comprendre et de répondre aux différentes hypothèses sur l'optique, et le fonctionnement de la Camera Obscura. Nous avons utilisé le dispositif plus récent du sténopé pour rendre compte de son fonctionnement.

Nous allons vous montrer comment réaliser une photo avec un sténopé, et comment fabriquer le sténopé. Puis, suite à nos expériences, nous allons répondre aux questions suivantes :

• Comment l'image se forme-t-elle dans le dispositif du sténopé ?
• Pourquoi constate-t-on une inversion gauche/droite ?

Nous répondrons, dans la partie optique de ce blog, aux hypothèses de l'Abbé Nollet concernant l'analogie entre l'oeil humain et l'appareil photo : Partie III : Optique

Fabrication du sténopé  :

Le sténopé fonctionne par le même dispositif que la chambre noire : un trou percé dans une boite, faisant passer la lumière, à la différence que le sténopé, lui, est utilisé pour la photographie et est beaucoup plus récent.

Matériel :

• deux boîtes à chaussure en carton sans trous, dont une avec son couvercle.
• peinture noire, stabilo noir, sparadrap noir.
• papier calque
• diaphragme ou plaque de métal percée d'un trou de petit diamètre

Utilisation du sténopé :

  Pour cette première utilisation du sténopé, nous avons utilisé du papier sensible noir et blanc simple.

 Préparer le sténopé dans le laboratoire photo à la lumière inactinique (aucune autre source de lumière) :       scotcher le papier sensible bien à plat contre le papier calque, la partie la plus brillante à l'extérieur, vers le diaphragme.

Toujours dans le labo, envelopper le sténopé bien fermé dans un drap noir qui le couvrira de la lumière.

Vous pouvez sortir du laboratoire photo et installer le sténopé couvert de son drap en face du modèle photographique choisi et poser un poids par dessus afin d'eviter qu'il ne bouge, les temps de pose étant assez courts, le moindre mouvement aura de grosses répercutions sur la netteté de l'image.

 Pour obtenir les meilleurs résultats il est primordial de faire varier le temps de pose d'une photo sur l'autre. Plus le paysage choisi sera lumineux plus le temps de pose devra être court.

 Soulever le drap de l'avant de la boite, puis avec votre doigt, découvrir le diaphragme et calculer précisément le temps d'exposition souhaité.

Prises de vues :

Nous avons commencé par prendre les photos en intérieur :

Temps de pose : 2sec

Cet image dévelopée à la lumière inactinique dans le labophoto, est un négatif : les taches noires représentent les parties les plus lumineuses de la vue. L'image étant principalement blanche, on peut en déduire qu'elle est sous-exposée et n'a pas reçu suffisament de lumière. Il faut prolonger le temps de pose.

temps de pose : 15 secondes

Après l'avoir traité à l'ordinateur, on peut mettre cet image en positif et l'inverser gauche droite, voilà ce que l'on obtient en traitant cette image :

 
on retrouve sur ce positif les éléments présents sur l'image témoin si dessous : les sources de lumière des deux fenêtres de droite et de la fenêtre gauche (taches blanches), le buste de la personne prise en photo, et les poutres du plafond, le canapé (en noir). Toutefois la photo reste floue.

point de vue à l'origine de la photo :

Nous avons ensuite pris les photos dans un jardin, en extérieur, mais étant en plein d'hiver, la neige a compliqué nos expériences. En effet elle reflète énormément la lumière et les photos se trouvent très vite sur-exposées. Nous avons fait plusieurs tests avant de trouver précisément le temps de pose à utiliser.

1er photo prise à l'extérieure :  temps de pose : 15sec  La personne posant au centre de la photo n'est pour l'instant pas visible, nous avons diminué le temps de pose pour que le centre du négatif soit plus clair.

2de photo prise à l'extérieur: temps de pose : 12sec

On commence à distinguer la personne au centre. Nous avons fait se rapprocher la personne et diminué le temps de pose.

3eme photo prise à l'extérieur: temps de pose : 8sec 

Cette photo est la photo aboutie de cette série d'essais, voici ce qu'elle donne en positif et inversion gauche droite :      On distingue maintenant nettement la personne au centre ainsi que la maison et la cloture sur la gauche. Nous avons donc gardé ce temps de pose pour les photos suivantes.

                                                                                                                                                                                   4ème photo prise à l'extérieur : même temps de pose que la photo précédente
son positif, inversé gauche droite :

5ème photo prise à l'extérieur :

son positif, inversé gauche droite :

Réponse aux questions de départ :

• Comment l'image se forme-t-elle dans le dispositif du sténopé ? Et pourquoi constate-t-on une inversion gauche/droite ?

   Le trou du sténopé sélectionne les rayons lumineux qui le franchissent. On peut alors l'assimiler à un point où se croisent les rayons lumineux réfléchis par les objets. C'est pourquoi il doit être de petite taille. Les rayons qui se croisent en un point formeront une image sur le fond de la chambre noire après avoir traversé le trou et ayant donc ensuite été arrété par le fond de la chambre noire.

   L'image ainsi formée est inversée haut/bas, droite/gauche puisque les rayons arrivant vers le haut sont diffractés par le bas et ceux arrivant de la droite diffractés vers la gauche. Pour que l'image soit la plus lisible possible, les bords du trou doivent être lisses et le trou circulaire. Ainsi nous avons en guise de diaphragme, utilisé une rondelle métalique.

  L'expérience précédente nous a montré qu'il n'était pas nécessaire d'utiliser des objectifs avec des lentilles pour effectuer une photographie argentique, un simple dispositif tel que le sténopé suffisait. Néanmoins sans la lentille, on remarque diverses anomalies optiques. Ces anomalies sont appelées aberrations : il s'agit des différences existant entre l'image idéale et l'image obtenue.

  Pour ses premières vues, Niepce a tout de suite utilisé un objectif. Il ne s'est donc jamais retrouvé confronté à ces anomalies.

  Nous allons donc voir, quelles sont ces aberrations ? et comment les lentilles utilisées en photographie argentique les corrigent ?

Nous avons pour cela utilisé une chambre brichaut, datant de la fin du XIXème siècle.

Elle possède un objectif formé de deux lentilles convexes et concaves, et des diaphragmes de différentes tailles.

1ere aberration remarquée :déformation au niveau des lignes droites

pour rendre compte de cette anomalie, nous avons pris en photo avec les appareils avec et sans lentilles une grande planche que nous avons quadrillée .

résultats :

au sténopé :

  On remarque que les lignes sont arquées, le sténopé déforme les droites.  

explication du phénomène :    Lorsque les rayons lumineux passent par le trou du sténopé, il sont diffractés par les bords du trou, mais les rayons ne sont pas diffractés au même degré: plus les rayons arrivant sont éloignés de la cible visée plus ils seront diffractés fortement à leur passage par le trou du sténopé. C'est pourquoi plus l'on s'éloigne du centre de l'image, plus les lignes semblent s'étirer vers l'extérieur. 

à la chambre brichaut :

  Contrairement au sténopé, ici les droites sont restées bien droites et perpendiculaires.

phénomène :  Les lentilles de la chambre brichaut empèchent le phénomène vu avec le sténopé. La chambre brichaut possède deux lentilles collées l'une à l'autre : une lentille concave divergeante suivie d'une lentille convexe convergente. Tout comme le sténopé, lorsque les rayons passent la lentille concave, ils sont déviés de leur trajectoire. Cette fois, par un phénomène de réfraction, les rayons vont diverger mais contrairement au sténopé, les rayons ayant divergé vont passer par la lentille convexe. Ils seront donc convergés et leur trajectoire sera rectifiée. Les rayons vont donc arriver perpendiculairement au support sensible dans la chambre brichaut. Il n'y a plus de différence entre les trajets des rayons lumineux à leur arrivée sur le support. Il n'y a donc pas lieu de constater une déformation des droites.

2ème aberration remarquée :  Bords de l'image "fuyants".

Au sténopé :

On remarque sur cette image tirée de nos précédentes expériences, que les bords de l'image ont tendance à "fuir", se "dissiper" (zones entourées en rouge).

Cause du phénomène:       On sait que lorsque les rayons passent par le trou du sténopé, ils sont diffractés. Ainsi les rayons venant des zones les plus éloignées de la cible photographique seront diffractés vers les bords et les zones plus éloignées du papier photo. Il auront donc un trajet à effectuer plus long entre le diaphragme et le papier sensible que les rayons diffractés plus près du centre pour un même temps d'exposition. C'est pourquoi plus l'on s'éloigne du centre de l'image, moins l'image sera impressionnée.

à la chambre du XIXème siècle:                                                                          

Ne réussissant à avoir de résultat avec l'utilisation de l'appareil Brichaut en extérieur, nous avons pris pour exemple cet image datant de la fin du XIXème siècle, prise avec un appareil photographique du même modèle que le nôtre.

Sur cette image, on constate que l'exposition est homogène, l'image ne se dissipe pas.

Phénomène :                                   Ce sont les lentilles utilisées dans ce type d'appareil qui permettent de corriger ces défauts. Comme nous l'avons vu dans l'étude de la première anomalie, les deux lentilles, convexe et concave rectifient la trajectoire des rayons après leur passage par l'objectif. Les rayons arrivent perpendiculaires par rapport au papier sensible. Ils effectuent donc tous un trajet de même distance entre le diaphragme et le papier sensible. C'est pourquoi on ne distingue pas de différence d'exposition entre les différentes zones de l'image.

3ème aberration remarquée :  flou de l'image.

au sténopé :

On peut remarquer à quel point l'image est floue, on ne peut percevoir aucun détail.

cause du phénoméne :     

Le sténopé utilise un trou en guise de diaphragme, plus son trou sera petit plus la photographie finale sera nette. Cela est du au fait que les rayons venant d'un même point d'un objet photographié arriveront par le trou du sténopé et seront diffractés par les bords du trou. Mais le trou n'étant pas un point, ces rayons se verront tous diffractés sur tout le périmètre du pourtour du trou, ainsi pour un même point photographié, le support sensible recevra autant de rayons que les bords du trou pourraient en diffracter. Les rayons issus d'un même point photographié atterriront en plusieurs points distincts du support photographique, générant du flou. Donc pour un point de l'objet, sa netteté sur l'image finale augmentera avec la diminution du diamètre du trou et n'atteindra la perfection que lorsque ce trou ne sera qu'un point dont le diamètre sera égal à la largeur des rayons lumineux reçus.

à la chambre du XIXème siècle :

On remarque que cette photographie est beaucoup plus nette que celle prise avec le sténopé.

phénomène:

Cet appareil corrige cette aberration par le simple fait de remplacer le trou du sténopé par un objectif avec lentilles. Par le système de divergence et de convergence des lentilles, les rayons émis par un seul point de l'objet photographié ne seront pas décalés, et le flou sera très fortement diminué.

En conclusion, nous avons vu que la lentille a permis d'améliorer les problèmes liés à l'optique. Nous avons pu comprendre son rôle au sein de l'appareil argentique.